JP2008114787A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームとモータ出力軸とを一体化して小型軽量でありながらコギングトルク特性の悪化を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵系に対する操舵補助力を発生する電動モータ１４と、該電動モータ１４の出力軸６２に一体に形成された前記操舵系に装着されたウォームホイール１３ｂに噛合するウォーム１３ｃと、該ウォーム１３ｃの軸方向反力を支え且つ前記電動モータの出力軸の偏角を許容する機構を有する軸受装置１３ｄと、前記ウォーム１３ｃを前記ウォームホイール１３ｂに一定圧で押し付ける予圧機構２１とを有する電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータ１４を、対角同相となるスロットコンビネーションを有するブラシレスモータで構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵系に対する操舵補助力を発生する電動モータと、該電動モータの出力軸に一体に形成された前記操舵系に装着されたウォームホイールに噛合するウォームと、該ウォームの軸方向反力を支え且つ前記電動モータの出力軸の偏角を許容する機構を有する軸受装置と、前記ウォームを前記ウォームホイールに一定圧で押し付ける予圧機構とを有する電動パワーステアリング装置に関する。

近年の電動パワーステアリング装置は、高出力化が望まれるため、電動モータ及びウォーム減速機が大型化し、車体への取付け許容寸法及び許容重量の限界まできている。そのため、電動パワーステアリング装置の小型軽量化への要求が高まっている。
従来の電動パワーステアリング装置としては、例えばモータ出力軸とウォームとを別体構造として、両者をスプライン等によって連結するようにしている（例えば特許文献１参照）。この構造を採用すると、ウォームとモータ出力軸の支持のために軸受が４個必要となり、電動パワーステアリング装置がウォームの軸方向でモータ側へ長くなると共に、ウォームギヤハウジングとモータフレームも別体となっており、部品点数も増加するという問題点がある。

この問題点を解決するために、ウォームとモータ出力軸を一体化させてコンパクト化すると共に、部品点数を削減するようにしている（特許文献１参照）。
特開２００４−３０６８９８号公報（第１頁、図２，図２０）

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、ウォームとモータ出力軸を一体化すると、一体化された軸は電動パワーステアリング装置の稼働時にウォームが軸直角方向にリフトしてしまうため、その影響がモータ出力軸まで及びコギングトルク特性が悪化し電動パワーステアリング装置稼働中の操舵フィーリングが悪化するという未解決の課題がある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ウォームとモータ出力軸とを一体化して小型軽量でありながらコギングトルク特性の悪化を抑制することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に対する操舵補助力を発生する電動モータと、該電動モータの出力軸に一体に形成された前記操舵系に装着されたウォームホイールに噛合するウォームと、該ウォームの軸方向反力を支え且つ前記電動モータの出力軸の偏角を許容する機構を有する軸受装置と、前記ウォームを前記ウォームホイールに一定圧で押し付ける予圧機構とを有する電動パワーステアリング装置であって、前記電動モータは、対角同相となるスロットコンビネーションを有するブラシレスモータで構成されていることを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記ブラシレスモータは、８極１２スロットで構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記ブラシレスモータは、コイルが巻装された円筒状のステータと、該ステータと対向する磁極及び出力軸を備えたロータと、ロータの回転角度を検出する角度検出器と、前記ステータ及び前記角度検出器を内装するフレームと、該フレームに対して前記ロータを回転自在に支持する軸受装置とを備え、前記フレームは、少なくとも前記ウォームを収容するギヤハウジングと一体化されていることを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項３に係る発明において、前記フレームは、高熱伝導率を有する材料で形成されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項４に係る発明において、前記フレームは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか一方で形成されていることを特徴としている。

また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項３乃至５の何れか１つの発明において、前記フレームは鋳造によって一体成形されていることを特徴としている。
さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項３乃至６の何れか１つの発明において、前記ステータは、フレームに嵌合する円周方向に延長するステータヨークと該ステータヨークの円周方向中央部から内方に延長し、モータコイルが巻装される磁脚部とで軸方向と直交する断面形状がＴ形に形成された複数の分割コアを、前記ステータヨークの円周方向の両端を隣接する分割コアのステータヨークの円周方向端に連接させて円環状に形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、ウォームとモータ出力軸とを一体化すると共に、電動モータを対角同相となるスロットコンビネーションを有するブラシレスモータで構成したので、モータ内部構造が対角同相であることにより軸芯ずれに伴うコギングトルクの悪化を低減することができるという効果が得られる。
ここで、モータのフレームと少なくともウォームを収容するギヤハウジングとを一体化することにより、電動パワーステアリング装置全体をコンパクト化すると共に、部品点数を減少させて、組立工数も低減することができるという効果が得られる。しかも、ステータからギヤハウジングまでの間の熱抵抗を小さくすることが可能であり、ステータに巻装したモータコイルからギヤハウジングへの伝熱を増やして、許容できる銅損を大きくでき、小型、軽量なブラシレスモータを提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は電動パワーステアリング装置であり、この電動パワーステアリング装置１は、運転者が操舵するステアリング機構２を備えている。
このステアリング機構２は、ステアリングホイール３に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸４ａと出力軸４ｂとを有するステアリングシャフト４を有し、このステアリングシャフト４は、入力軸４ａの一端がステアリングホイール３に連結され、他端は操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ５を介して出力軸４ｂの一端に連結されている。

そして、出力軸４ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント６を介してロアシャフト７に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント８を介してピニオンシャフト９に伝達される。このピニオンシャフト９に伝達された操舵力はステアリングギヤ１０を介してタイロッド１１に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。
ここで、ステアリングギヤ１０は、ピニオンシャフト９に連結されたピニオン１０ａとこのピニオン１０ａに噛合するラック１０ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン１０ａに伝達された回転運動をラック１０ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト４の出力軸４ｂには、操舵補助力を出力軸４ｂに伝達する操舵補助機構１２が連結されている。この操舵補助機構１２は、出力軸４ｂに連結したウォーム減速機１３と、このウォーム減速機１３に連結された操舵補助力を発生する電動モータとしてのブラシレスモータ１４とを備えている。
そして、このブラシレスモータ１４が、操舵トルクセンサ５で検出されるステアリングホイール３に付与されて入力軸４ａに伝達された操舵トルクが入力されると共に、車速を検出する車速センサ１５から出力される車速検出値が入力された制御装置１６によって駆動制御される。

この制御装置１６は、車速検出値をパラメータとして操舵トルクと操舵補助指令値との関係を記憶した制御マップを参照して、操舵補助指令値を算出し、算出した操舵補助指令値とブラシレスモータに流れるモータ電流とに基づいてフィードバック制御を行ってモータ電流指令値を算出し、算出したモータ電流指令値をインバータ回路で構成されるモータ駆動回路１７に供給して、このモータ駆動回路１７でモータ電流指令値と後述するブラシレスモータ１４のロータ回転角を検出するレゾルバからの角度検出信号とに基づいて３相モータ駆動電流を形成し、この３相モータ駆動電流をブラシレスモータ１４に供給することにより、ブラシレスモータ１４で、操舵補助指令値に応じた操舵補助力を発生する。

そして、ウォーム減速機１３のギヤハウジング１３ａとブラシレスモータ１４の後述するフレーム半体２３ａとが一体化され、これらが従来のフレームを構成する鋼板より熱伝導率の高いアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つをダイキャスト機による鋳造によって一体成型されている。
ウォーム減速機１３は、図２に示すように、ギヤハウジング１３ａに内装された、出力軸４ｂに連結されたウォームホイール１３ｂ及びこのウォームホイール１３ｂに噛合し、ブラシレスモータ１４の出力軸１４ｂに一体に形成されたウォーム１３ｃで構成されている。ここで、ウォーム１３ｃのモータ出力軸１４ｂとは反対側がギヤハウジング１３ａに固定された転がり軸受１３ｄに弾性体１３ｅを介して回転自在に支持されている。

また、転がり軸受１３の外側にウォーム１３ｃをウォームホイール１３ｂ側に一定圧で押圧する予圧機構２１が配設されている。この予圧機構２１は、図３に示すように、ギヤハウジング１３ａに形成された凹部２２内に上下方向に変位可能に配設した予圧パッド２３と、この予圧パッド２３を上下方向に案内するギヤハウジング１３ａに固定された左右一対の案内ピン２４と、予圧パッド２３に対して下方に予圧を与える捩じりコイルばね２５とを有する。そして、予圧パッド２３の中央部にウォーム１３ｃの小径軸部１３ｄが嵌合されている。

ここで、予圧パッド２３は、円板の中心より上方側の水平な弦位置で中心を挟んで外側を左右対称に切除することにより、上方の捩じりコイルばね２５の内径と略等しい曲率に選定された傘状板部２３ａと、この傘状板部２３ａの下面中央部から下方に突出して案内ピン２４に案内され、下面が捩じりコイルばね２５の内径より小さい半径に選定された突出板部２３ｂとが形成されている。

そして、突出板部２３ｂにおける傘状板部２３ａの円弧の中心点にウォーム１３ｃの小径軸部１３ｄを嵌合する嵌合孔２３ｃが形成され、さらに傘状板部２３ａの下面と案内ピン２４との間に隙間が形成されている。
この予圧パッド２３に対してその周囲に捩じりコイルばね２５を傘状板部２３ａの外周面に接触し、突出板部２３ｂの下面の円弧面には接触しないように巻回し、その両端に形成した内側への折り曲げ部２５ａを案内ピン２４の傘状板部２３ａとは反対側に係止させることにより、捩じりコイルばね２５によって予圧パッド２３が下方に押圧され、これによってウォーム１３ｃがウォームホイール１３ｂ側に予圧される。

一方、ブラシレスモータ１４は、図２、図４及び図５に示すように、ステータ３１及びロータ回転角を検出する回転角検出器としてのレゾルバ３２とを収容するフレーム３３を有し、このフレーム３３は、前述したギヤハウジング１３ａに一体に形成されたステータ３１を収容する円筒状のフレーム半体３３Ａと、このフレーム半体３３の右端部に接合されるレゾルバ３２を収容するフレーム半体３３Ｂとに２分割され、両者が接合面でネジ止めされている。

フレーム半体３３Ａには、内周面にフレーム半体３３Ｂ側端面から軸方向に延長するステータ３１を嵌合する大径部３７と、その先に環状シール体３８を収納する小径部３９とが形成されている。また、フレーム半体３３Ａの大径部３７の内周面には、フレーム半体３３Ｂ側端面から軸方向にステータ３１の軸方向長さと略等しい長さで延長するブラシレスモータのスロット数と同数の断面円弧状の凹部４０が等間隔に形成されている。

また、フレーム半体３３Ｂは、図２で特に明らかなように、フレーム半体３３Ａとは反対側の内周面にレゾルバ３２を収容する大径部４１が形成され、この大径部４１と連結して例えば深溝玉軸受で構成される転がり軸受４２を嵌合する小径部４３が形成されている。
ここで、フレーム半体３３Ｂもフレーム半体３３Ａと同様にアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つをダイキャスト成型することにより形成されている。

このように、フレーム半体３３Ａ及び３３Ｂを共に鋳造によって製作するが、インロー部などの高い精度が必要な部位は適宜切削加工が施されている。
そして、フレーム半体３３Ａの大径部３７内にステータ３１が嵌合されている。このステータ３１は、図４及び図５で特に明らかなように、１２個の電磁鋼板を積層したＴ形の分割コア５１を円環状に連接させた構成を有する。

各分割コア５１の夫々は、軸方向と直交する断面が、図４に示すように、外周面が円弧状で円周方向に延長するステータヨーク５２と、このステータヨーク５２の内周面における円周方向の中央部に内方に中心軸に向かって延長する磁脚部５３とでＴ形に形成された鉄心で構成され、磁脚部５３の先端にハット部５３ａが形成されている。そして、磁脚部５３にモータコイル５４が集中巻で巻装されている。ハット部５３ａは、Ｔ形の分割コア５１を１２個組み合わせて円環状にした状態において、若干のスロット開口幅が形成される形状であり、そのスロット開口幅はモータコイル４４に使用されるマグネットワイヤの直径以下に設定されている。ステータヨーク５２のフレーム半体３３Ａに嵌合される面は、フレームの曲率と略同じ曲率であるが、磁脚部５３の首部の真裏にあたる部位が平取りしてあるので、フレーム半体３３Ａへの嵌合時に２点で線接触する形状となっている。

一方、ステータヨーク５２のスロット側は、磁脚部５３の首部中心線に直交する直線形状とされている。隣接する分割コア５１が突き当たる部位は、モータコイル５４が施される磁脚部５３の中心線に対して回転中心で交差する±１５°の直線形状であり、互いに面接触する形状とされている。
また、外周側基部５２の外周面における円周方向の両端部にフレーム半体３３Ａの凹部４０に係合する断面が４分の１円状の凸半部５５が軸方向の全域にわたって形成されている。したがって、分割コア５１同士を連接させたときに、図４で拡大図示したように、双方の凸半部５５で断面半円形のフレーム半体３３Ａに形成した凹部４０に係合する凹部４０と同一の曲率でその中心点をフレーム半体３３Ａの凹部４０の中心点よりもステータ中心軸側に若干ずらした形状の凸部５６が形成される。そして、各分割コア５１を円環状に連接させた状態で、凸部５６をレーザ溶接等で溶接することにより、円環状のステータ３１が構成され、このステータ３１が、フレーム半体３３Ａの大径部３７に凸部５６を凹部４０に係合させて嵌合されている。このとき、ステータ３１のヨーク５３がフレーム半体３３Ａに形成したステータヨーク突き当て部５７に当接されて位置決めされている。

各相のモータコイル５４の終端は、Ｙ結線中点、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎に絶縁された四層構造の円環状の図示しないを介してモータ駆動回路１７に接続されている。
このように、ステータ３１を分割コア方式にすることにより、一体コア方式に巻線を施す際に必要な巻線ノズルを通すための空間や、巻線をスロットに落とし込む際のガイドのための空間など、巻線構成のためだけに生じる無駄なスロット空間が不要となるので、高密度な巻線が可能となる。

また、分割コア５１において、ハット部５３ａによって形成されるスロット開口幅を、モータコイル５４に使用されるマグネットワイヤの直径以下に設定することにより、モータコイル５４が緩んだり断線してもエアギャップに噛み込まないので、電動パワーステアリング装置においてあってはならない故障であるモータロックによるステアリングホイールロックを防止することができる。

また、分割コア５１において、ステータヨーク５２のフレーム半体３３Ａに嵌合される面を、フレーム嵌合時に２点で線接触する形状としたことにより、トルク発生時に磁脚部５６に反力がかかってもＴ形の分割コア４１が倒れにくいので、騒音、振動を低減させることができる。
さらに、Ｔ形の分割コア４１において、ステータヨーク５２のスロット側を磁脚部５３の首部中心線に直交する直線形状としたことにより、巻線時にステータヨーク５２が干渉しないので、高密度な巻線が可能である。

さらにまた、Ｔ形の分割コア５１において、隣接する分割コア５１のステータヨーク５２が突き当たる部位の外周側に半割れ状の凸半部５５を設けたことにより、単純な円環状のステータヨーク部を分割した分割コア方式よりも突き当たる面積が広く、トルク発生時に磁脚部５３に反力がかかってもＴ形の分割コア５１が倒れにくい。なおさらに、外周側に突出した凸半部５５を溶接するので、溶接部を通る磁束は少なく、ヒステリシス損を小さくすることができる。これらの効果により、騒音、振動及び鉄損を低減できる。

また、凸部は５６は、外周側に突出しているので、ステータヨーク５２のスロット側を磁脚部５３の首部中心線に直交する直線形状としたことに起因する磁路細りを防止することができる。
また、その凸部５６は、フレーム半体３３Ａに設けてなる凹部に対して、径方向には隙間が大きいが、回転方向には隙間が殆どない形状なので、分割コア５１同士を溶接する際に生じるビードや膨らみを取り除くことなくフレーム半体３３Ａに焼ばめすることができる。さらに、ブラシレスモータ１４の雰囲気温度のみが急激に上昇してフレーム半体３３Ａのみが高温になったり、予期せぬ外力などでフレーム半体３３Ａに割れが生じたりしてフレーム半体３３Ａとステータ３１の締め代が無くなってしまった場合でもステータ３１は空転しないので、トルク低下やトルクリップル、回転方向によるトルク差、さらには電動パワーステアリング装置においてあってはならない故障であるセルフステアといった現象を確実に防ぐことができる。

また、前述したように、フレーム半体３３Ａの凹部４０はフレーム半体３３Ｂを取付ける側からステータ嵌合部をへてステータヨーク突き当て部位よりも若干深い位置まで同一形状で延長しているので、電磁鋼板の形状を積圧方向によって変える必要が無く、同一形状のＴ形の電磁鋼板でステータ３１を構成できる。
これらの特徴は、Ｔ形の分割コア５１がスロット数１２と同数個連結されており、連結部を折り曲げることにより円環状のステータ３１となる展開コア方式のステータで適用しても同様の効果が得られる。

また、フレーム半体３３Ｂの大径部４１には、レゾルバ３２を構成するレゾルバステータ３１ｓが内嵌されている。
一方、ギヤハウジング１３ａ及びフレーム半体３３Ｂには、これらに保持された転がり軸受１３及び３２によってロータ６１が回転自在に支持されている。このロータ６１は、転がり軸受１３及び４２によって回転自在に支持された出力軸６２と、この出力軸６２のステータ３１との対向位置に固定された磁極部６３と、同様に出力軸６２のレゾルバステータ３２ｓとの対向位置に固定されたレゾルバ３２を構成するレゾルバロータ３２ｒとで構成されている。このようにロータ６１は、フレーム半体３３Ａのウォーム１３ｃ側から見て、磁極部６３、転がり軸受４２、レゾルバロータ３２ｒ、ロックナット６４という順序で組み付けられている。

ここで、磁極部６３は、特に図５で明らかなように、出力軸６２を挿通する円筒状のロータヨーク６５と、このロータヨーク６５の外周面に円周方向に等間隔で接着された８枚の永久磁石６６と、これら永久磁石６６の外周面を覆うオーステナイト系の非磁性ステンレスでなるキャップ６７とで構成されている。そして、磁極となる永久磁石６６は極毎に分割されたセグメント磁石であり、その形状は外周側の円弧中心を意図的に回転中心からずらした蒲鉾型に形成されている。

磁極部６３を構成する永久磁石６６の外周部はキャップ６７で覆われており、キャップ６７はすきまばめであるが、接着剤を併用することで永久磁石６６に固定されており、さらに、キャップ６７の端面をリベットで加締めることによりさらに強固に固定されている。さらに、転がり軸受４２は、内輪を出力軸６２へ圧入した後にレゾルバロータ３２ｒを介してロックナット６４で締め付けることで、出力軸６２に加わるアキシアル荷重による出力軸６２と内輪のズレを防止している。

また、レゾルバロータ３２ｒは、転がり軸受４２の内輪に軸方向から当接する大径部７１とこの大径部７１と連接する小径部７２とを有する出力軸６２に外嵌されたレゾルバシャフト７３の小径部７２に外嵌され、その軸方向位置がロックナット６４で固定されている。
このように、ブラシレスモータ１４は８極１２スロットに形成されているので、ロータ６１の中心軸を挟んで対角となる永久磁石６６が同相に着磁される対角同相構造を有する。このようにブラシレスモータ１４が対角同相構造に構成されているので、軸芯ずれに伴うコギングトルク特性の悪化を抑制することができる。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
今、車両が停車しているものとすると、この状態で、ステアリングホイール３を右切り（又は左切り）する所謂据え切り状態とすると、このときのステアリングホイール３に付加される操舵トルクが操舵トルクセンサ５で検出され、検出された操舵トルクが制御装置１６に入力されると共に、車速センサ１５で検出した零の車速検出値が制御装置１６に入力される。

このため、制御装置１６で操舵トルク及び車速検出値をもとに制御マップを参照して、比較的大きな操舵補助指令値を算出し、この操舵補助指令値とモータ電流検出値との偏差でフィードバック制御を行うことによりモータ電流指令値を算出し、このモータ電流指令値をモータ駆動回路１７に出力することにより、このモータ駆動回路１７で、レゾルバ２２で検出されるロータ回転角に基づいて三相モータ電流がブラシレスモータ１４に出力される。

したがって、ブラシレスモータ１４が回転駆動されて、比較的大きな操舵補助力を発生し、この操舵補助力を出力軸６２に一体に連結されたウォーム減速機１３のウォーム１３ｃに伝達し、このウォームギヤ１３ｃに噛合するウォームホイール１３ｂを回転させてステアリングシャフト４の出力軸４ｂにステアリングホイール３の回転方向と同一方向に大きな操舵補助トルクを与えることができ、ステアリングホイール３を軽く操舵することができる。

この状態から車両を走行させると車速検出値の増加に応じて同一操舵トルクであっても算出される操舵補助指令値が小さい値となり、これに応じてブラシレスモータ１４が回転駆動されるので、このブラシレスモータ１４で発生する操舵補助力が据え切り時より小さくなり、車速に応じた最適な操舵補助力を発生することができる。
このとき、ブラシレスモータ１４の出力軸６２にウォーム減速機１３を構成するウォーム１３ｃが一体に形成されており、出力軸６２がギヤハウジング１３ａに保持された転がり軸受１３ｄとフレーム半体３３Ｂに保持された転がり軸受４２とによって回転自在に保持されているので、出力軸６２の全長を短くしてウォーム１３ｃ及びブラシレスモータ１４の軸方向長さを短くすることができ、ブラシレスモータ１４の突出長を短くして小型化することができると共に、部品点数を減少させて組付工数を減少させることができる。

しかも、ロータ６１の磁極部６３及びステータ３１が８極１２スロットというスロットコンビネーションとされているので、最も基本的な２極３スロット形式の４倍の構成である。このように磁極部６３とステータ３１の構成を基本構成の２ｎ倍（ｎは整数）とした対角同相とすることにより径方向の磁気吸引力が相殺されるため回転時のロータ振動を小さくできるという利点がある。このため、ウォーム１３ｃとブラシレスモータ１４の出力軸６２とを一体化させることにより、ウォーム１３ｃとウォームホイール１３ｂとの噛合部で生じる上下方向のリフト力が出力軸６２を介してブラシレスモータ１４のロータ６１に伝達されるが、このリフト力の影響を抑制して、コギングトルク特性の悪化を抑制することができる。

因みに、図６に示すように、ロータ６１の磁極部６３及びステータ３１が１０極１２スロットというスロットコンビネーションとした場合には、磁極部６３が対角異相となるため、系方向の時期吸引力を相殺することができず、回転時のロータ振動が大きくなり、コギングトルク特性が悪化する。
上記８極１２スロットモータと、１０極１２スロットモータの磁気的ギャップ、外径、ステータ形状を同等の寸法で回転時苦心を０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍずらした場合のコギングトルクを、有限要素法を用いて算出し、コギングトルクの大きさの比率を図７に示す解析結果にまとめた。この図７から明らかなように、対角同相である構成とすることにより、モータ軸芯ずれによるコギングトルク特性の悪化の増加率を低減させることができた。

また、このスロットコンビネーションの巻線係数は“０．８６６”であり、且つ集中巻であることから、銅損に対して大きなトルクを得ることができるという利点がある。
しかし、各々の磁極による鎖交磁束の変化量がそのままコギングトルク及びトルクリップルとして現れるため、電動パワーステアリング装置１に適用するためには運転者に不快な振動と騒音を与えるコギングトルク及びトルクリップルをさらに低減する必要がある。本実施形態では、磁極となる永久磁石６６は極毎に分割されたセグメント磁石であり、その形状は外周側の円弧中心を意図的に回転中心からずらした蒲鉾型に形成されている。このような磁極により、鎖交磁束の変化量を正弦波化し、コギングトルク及び正弦波通電時のトルクリップルを低減することができる。

また、ブラシレスモータ１４におけるステータ３１のモータコイル５４に比較的大電流のモータ電流を供給することにより、回転磁界を発生させて、ロータ６１を回転駆動するものであるが、モータ駆動電流が大電流となることにより、このモータコイル５４で発熱を生じる。この発熱は、ステータ３１の分割コア５１を介してフレーム半体３３Ａに伝導され、このフレーム半体３３Ａがしかもギヤハウジング１３ａに一体に形成され、通常の鋼製のフレームより高い熱伝導率のアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを使用してダイキャストで一体成型されているので、フレーム半体３３Ａとギヤハウジング１３ａとの間に接合部が無く、ステータ３１からウォーム減速機１３のギヤハウジング１３ａまでの間の熱抵抗が小さくなるので、モータコイル５４で発生した熱を効果的にウォーム減速機１３のギヤハウジング１３ａに伝熱させてモータコイル５４が許容できる銅損を従来例よりも大きくすることができる。また、ステータ３１がギヤハウジング１３ａ側に配設されているので、ステータ３１とウォーム減速機１３のギヤハウジング１３ａとの間の距離を最小として熱抵抗を小さくすることができ、より大きな伝熱効果を発揮することができる。

さらに、上記実施形態では、少なくともウォーム減速機１３のギヤハウジング１３ａ及びブラシレスモータ１４のフレーム半体３３Ａをアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを使用してダイキャスト成形するようにしているので、従来例のように薄鋼板を絞る場合のように肉厚の制限がなく、且つ比重は薄鋼板に対して約１／３であるので、従来例の薄鋼板フレームの円筒部厚さに対し、約３倍の肉厚にすることができる。その上、アルミニウム合金は、鉄の３倍の熱伝導率を有する材質であり、さらにステータ先端突き当て部５８を設け、コイルエンドとの間に伝熱体５９を充填することで、銅損によるコイルエンドの熱をステータ先端突き当て部５８及び伝熱体５９を介してフレーム半体３３Ａへ伝熱できる。これらの効果により、従来例と同じ重さのギヤハウジング及びフレームでありながら、１０倍以上の熱量をウォーム減速機１３のギヤハウジング１３ａへ伝熱できるので、モータコイル５４が許容できる銅損を従来例より大幅に大きくすることができる。

さらに、レゾルバ２２は、転がり軸受４２の最寄り位置に配置したので、モータ温度が変化した際のフレーム材質とシャフト材質の線膨張係数差によりレゾルバステータ３２ｓとレゾルバロータ３２ｒの軸方向ズレを防止することができる。特に、本実施形態のようにシャフト材質とフレーム材質の線膨張係数差が大きい組み合わせの場合、その効果は顕著である。

また、磁極部６３とレゾルバロータ３２ｒを機械的に位置決めすることで、両者の位相がずれた際に生じるトルク低下やトルクリップル、回転方向によるトルク差、さらには電動パワーステアリング装置においてはあってはならないセルフステアといった現象を確実に防止することができる。
また、磁極部６３を構成する永久磁石６６をキャップ６７で覆うことにより、永久磁石６６に欠けや割れが生じたり、永久磁石６６がロータヨーク６５から剥がれたりした場合であっても永久磁石６６がエアギャップに噛み込まないので、電動パワーステアリング装置においてあってはならない故障であるモータロックによるホイールステアリングロックを確実に防止することができる。

なお、上記実施形態においては、ステータ３１を分割コア方式とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、積層鋼板で一体化したステータを形成する展開コア方式であってもよい。
また、上記実施形態においては、ロータ回転角を検出する回転角検出器としてレゾルバ３２を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ホール素子などの磁気検出素子や、ロータリエンコーダ等の任意の回転角検出器を適用することができる。

さらに、上記実施形態では少なくともギヤハウジング１３ａ及びフレーム半体２３Ａをダイキャスト成型する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ロストワックスや砂型，マグネシウム及びマグネシウム合金の場合は射出成型など，他の鋳造方法を適用するようにしてもよい。
さらにまた、ウォーム１３ｃをウォームホイール１３ｂ側に押圧する予圧機構２１は、上記構成に限定されるものではなく、ウォーム１３ｃをウォームホイール１３ｂ側に予圧できるものであれば任意の構成の予圧機構を適用することができる。

本発明の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の電動パワーステアリング装置の示す要部を断面とした正面図である。 図２のＡ−Ａ線上の断面図である。 図２のＢ−Ｂ線上の断面図である。 本発明に適用し得るブラシレスモータの分解斜視図である。 本発明に対する比較例を示す図４と同様の断面図である。 本発明と比較例との解析結果を示す軸ずれ量と軸ずれなしに対する比率を示す特性線図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング機構、３…ステアリングホイール、４…ステアリングシャフト、４ａ…入力軸、４ｂ…出力軸、１０…ステアリングギヤ、１２…操舵補助機構、１３…ウォーム減速機、１３ａ…ギヤハウジング、１３ｂ…ウォームホイール、１３ｃ…ウォーム、１３ｄ…転がり軸受、１３ｅ…弾性体、１４…ブラシレスモータ、１６…制御装置、１７…モータ駆動回路、２１…予圧機構、３１…ステータ、３２…レゾルバ、３３…フレーム、３３Ａ，３３Ｂ…フレーム半体、４２…転がり軸受、５１…分割コア、５２…ステータヨーク、５３…磁脚部、５４…モータコイル、６１…ロータ、６２…出力軸、６３…磁極部、６４…ロータヨーク、６６…永久磁石、６７…キャップ

Claims (7)

1. 操舵系に対する操舵補助力を発生する電動モータと、該電動モータの出力軸に一体に形成された前記操舵系に装着されたウォームホイールに噛合するウォームと、該ウォームの軸方向反力を支え且つ前記電動モータの出力軸の偏角を許容する機構を有する軸受装置と、前記ウォームを前記ウォームホイールに一定圧で押し付ける予圧機構とを有する電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータは、対角同相となるスロットコンビネーションを有するブラシレスモータで構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ブラシレスモータは、８極１２スロットで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記ブラシレスモータは、コイルが巻装された円筒状のステータと、該ステータと対向する磁極及び出力軸を備えたロータと、ロータの回転角度を検出する角度検出器と、前記ステータ及び前記角度検出器を内装するフレームと、該フレームに対して前記ロータを回転自在に支持する軸受装置とを備え、前記フレームは、少なくとも前記ウォームを収容するギヤハウジングと一体化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記フレームは、高熱伝導率を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記フレームは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか一方で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記フレームは鋳造によって一体成形されていることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記ステータは、フレームに嵌合する円周方向に延長するステータヨークと該ステータヨークの円周方向中央部から内方に延長し、モータコイルが巻装される磁脚部とで軸方向と直交する断面形状がＴ形に形成された複数の分割コアを、前記ステータヨークの円周方向の両端を隣接する分割コアのステータヨークの円周方向端に連接させて円環状に形成されていることを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載のブラシレスモータ。

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